CN102132623A - 利用有线主干的无线车辆通信方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于在车辆的节点之间提供电子通信的方法,包括将多个网关节点经由有线主干彼此电连接。将所述网关节点中的第一和第二网关节点电连接至有线主干。多个子网络节点无线地、通信性地耦合至多个网关节点中各自的网关节点。多个第一子网络节点无线地、通信性地耦合至第一网关节点。多个第二子网络节点无线地、通信性地耦合至第二网关节点。通过使用数据路由技术将消息从选择的第一子网络节点发送至选择的第二子网络节点。该数据路由技术包括所选择的第一子网络节点将消息无线地发送至第一网关节点。第一网关节点接收该消息,并且响应于此,第一网关节点在有线主干上广播该消息。第二网关节点在有线主干上接收该消息,并且响应于此,第二网关节点将该消息无线地发送至所选择的第二子网络节点。
Description
技术领域
本发明涉及用于无线通信的方法,更具体地,涉及在车辆内具有增强的性能和可靠性的无线通信的方法。
背景技术
在诸如汽车的车辆内的各系统之间和各系统内部采用无线通信是已知的。然而,由于车辆内的多路径、人和金属障碍而导致的衰落严重地影响了无线通信,因此在车辆内实现具有良好性能的可靠的无线通信是有困难的。因此,研究人员已经提出了利用多跳通信来在相隔几米或更短距离的无线网关/节点对之间进行通信。然而,由于瓶颈中继节点和不可靠的单个链路,具有较差设计的多跳系统只会导致更大的延迟。
汽车电子的技术水平快速发展,并且预计仅电子一项即将构成未来车辆总花费的百分之四十。取决于应用需求,通过不同的总线系统来连接车辆中的所有这些电子单元。典型地,汽车网络100(图1)由诸如子网络112、114的若干子网络构成,这些子网络连接在一起以形成更大的网络,例如,当前使用的子网络技术是本地互联网络(LIN)。每个子网络由网关节点116和一些传感器/传动机构节点118构成。网络100可以包括与控制器局域网(CAN)、FlexRay、以太网等兼容的有线主干120。网络100还可以包括车身计算机124和与CAN、本地互联网络(LIN)、FlexRay、以太网等兼容的有线通信链路122。
近期已经提出了使汽车子网络无线化,该汽车子网络可以是诸如图2中所示的网络200的子网络212、214。然而,重要的是要注意到,这些子网络并不是完全独立的,而是需要与中央车身计算机224、其它有线节点(例如246)、或在彼此之间进行通信,用于数据通信和/或诊断目的。
由于多路径、人和金属障碍而导致的衰落严重地影响了车辆内的无线信道。为了减轻衰落影响,已经提出了功率控制和多跳解决方案。然而,如果设计不当,则多跳解决方案会具有多个可能的问题。首先,在许多情况中,在单个单跳链路不好时,即使多跳解决方案也不能提供所需的可靠性水平。第二,在总的数据通信中,多跳解决方案会导致更长的延迟。假设花费t秒来在单跳上传输数据,则k跳解决方案将至少花费k×t秒来将数据从一端节点传输到另一端节点。第三,中间中继节点很容易成为网络中的瓶颈。第四,无线信道更多地被无线传输占据且不能用于同时传输。
另一方面,由于不能无限地增加功率来提高成功传输的概率,因此功率控制具有其自身的缺点。传输功率水平存在一个上限。此外,如果节点是基于电池操作的,则传输功率越大,能量消耗越高,这将严重影响节点寿命。
本领域需要一种能避免上述提及的问题和缺点的无线网络通信的方法。
发明内容
本发明提供了一种通过使用现有的车内有线网络作为网络的主干而具有增强的性能的无线网络通信方法。这种现有的车内有线网络的实例包括CAN、FlexRay和以太网。
本发明提供了两种数据路由技术,即简单泛洪和选择性多播,用于与所提出的体系结构一起使用。本发明还针对不同子网络结合了频率分集,使得这些子网络能同时操作,从而改善了系统响应时间。
本发明对有线主干、数据路由技术和频率分集的使用可适用于汽车网络以及其它应用。例如,本发明的原理可应用于工业网络、货物、飞机、船等。
在本发明的一种形式中,本发明包括一种用于在车辆的节点之间提供电子通信的方法,该方法包括将多个网关节点经由有线主干彼此电连接。将所述网关节点中的第一和第二网关节点电连接至有线主干。将多个子网络节点无线地、通信性地耦合至多个网关节点中各自的网关节点。将多个第一子网络节点无线地、通信性地耦合至第一网关节点。将多个第二子网络节点无线地、通信性地耦合至第二网关节点。通过使用数据路由技术,将消息从选择的第一子网络节点发送至选择的第二子网络节点。数据路由技术包括所选择的第一子网络节点将消息无线地发送至第一网关节点。第一网关节点接收该消息,并且响应于此,第一网关节点在有线主干上广播该消息。第二网关节点在有线主干上接收该消息,并且响应于此,第二网关节点将该消息无线地发送至所选择的第二子网络节点。
在本发明的另一种形式中,本发明包括一种用于在车辆的节点之间提供电子通信的方法,该方法包括将多个网关节点经由有线主干彼此电连接。将所述网关节点中的第一和第二网关节点电连接至有线主干。将多个子网络节点无线地、通信性地耦合至多个网关节点中各自的网关节点。将多个第一子网络节点无线地、通信性地耦合至第一网关节点。将多个第二子网络节点无线地、通信性地耦合至第二网关节点。发送包括区别标识符的消息。通过使用选择性多播数据路由技术,将该消息从选择的第一子网络节点发送至选择的第二子网络节点。多个子网络节点中的至少一个子网络节点是订购节点。该至少一个订购节点订购区别标识符。选择性多播数据路由技术包括所选择的第一子网络节点将消息无线地发送至第一网关节点。第一网关节点接收该消息,并且响应于此,第一网关节点在有线主干上广播该消息。多个网关节点中的每个其它网关节点接收由第一网关节点在有线主干上广播的该消息,并且响应于此,多个网关节点中仅仅那些耦合至至少一个订购节点的网关节点将该消息广播至与其耦合的多个子网络节点。所选择的第二子网络节点是订购节点。
在本发明的另一种形式中,本发明包括一种用于在车辆的节点之间提供电子通信的方法,该方法包括将多个网关节点经由有线主干彼此电连接。将所述网关节点中的第一和第二网关节点电连接至有线主干。将多个子网络节点无线地、通信性地耦合至多个网关节点中各自的网关节点。将多个第一子网络节点无线地、通信性地耦合至第一网关节点。将多个第二子网络节点无线地、通信性地耦合至第二网关节点。通过使用数据路由技术,将消息从选择的第一子网络节点发送至选择的第二子网络节点。数据路由技术包括所选择的第一子网络节点使用第一频率将消息无线地发送至第一网关节点。第一网关节点接收该消息,并且响应于此,第一网关节点在有线主干上广播该消息。第二网关节点接收该消息,并且响应于此,第二网关节点使用与第一频率不同的第二频率将该消息无线地发送至所选择的第二子网络节点。
本发明的一个优点是有线主干提供了优良的通信速度和可靠性,而无线子网络节点提供了系统的灵活性和安装的简易性。
另一个优点是选择性多播数据路由技术节省了无线子网络节点的电池能量。
另一个优点是增加总体网络扩展的可能性。
另一个优点是频率分集技术可以用来提高效率、减少干扰概率以及增加系统安全性。
附图说明
通过结合附图参照本发明实施例的下列描述,本发明上述提及的以及其它的特征和目的、以及实现它们的方式将更加显而易见,并且本发明自身也将被更好地理解,在附图中:
图1是现有技术的有线汽车网络的方框图。
图2是包括有线和无线子网络但没有任何公共通信主干的现有技术的汽车网络的方框图。
图3是包括用于有线和无线子网络两者的公共有线主干的本发明的汽车网络的一个实施例的方框图。
图4是结合简单泛洪数据路由技术的本发明的汽车网络的另一实施例的方框图。
图5是结合选择性多播数据路由技术的本发明的汽车网络的另一实施例的方框图。
图6是示出了用于在车辆的节点之间提供电子通信的本发明方法的实施例的流程图。
在多个视图中对应的参考标号指示对应的部件。虽然附图表示本发明的实施例,但这些附图不必是成比例的,而是可以放大某些特征以更好地示出和解释本发明。虽然本文阐述的实例以多种形式示出了本发明的实施例,但下面公开的这些实施例并不是穷尽的或并不被解释为将本发明的范围限制于所公开的精确形式。
具体实施方式
下面公开的实施例不是穷尽的或不是将本发明限制于下列描述中所公开的精确形式。而是,选择和描述这些实施例以使本领域其他技术人员能够利用本发明的教导。
现在参照图3,示出了本发明的汽车网络300,其通过使用如主干320的有线网络将多个无线网关316进行互联来避免现有技术的问题。无线网关316可以诸如经由射频通信而与每个网关316的子网络中的无线传感器/传动机构节点318进行无线通信。网络300可以包括有线网关326,所述有线网关326硬线连接至每个网关326的子网络中的传感器/传动机构节点328。
有利地,每个无线网关节点316可以经由各自的通信链路322而硬线连接至车身计算机324。因此,网关节点316和车身计算机324之间的信道可以不受衰落影响并且具有优良的可靠性。
网络300的体系结构的另一个优点是可以结合子网络316使用频率分集,使得这些子网络能够同时操作,从而减少了网络延迟并增加了系统响应度。网络300的另一个优点是所提出的体系结构由于具有更高可靠性的信道而具有更少的延迟时间。网络300的另一个优点是与完全的无线体系结构相比,更加容易完成与汽车内其它网络的集成。
网络300还有的一个优点是网关节点316还可以针对诸如无线信道临时干扰之类的安全侵入或恶劣环境来监控它们的子网络(例如,子网络312、314等)。因此,可以在相对较短的时段内将关于安全侵入和恶劣环境的信息可靠地发送到车身计算机324。最后,网络300的一个优点是所提出的体系结构享有有线连接的优良可靠性以及无线连接的灵活性。
可结合本发明的体系结构使用多种数据路由技术。通常,广播是在本发明的汽车网络中采用的通信方法。在广播中,发射机节点可以在信道上广播消息,并且,对该消息感兴趣的节点接收该消息。可以通过具有其自身的区别标识符的每个消息以及网络中订购这些消息的集合的所有节点来帮助进行该过程,其中所述节点发送或侦听所述消息的集合。由于节点并不是直接寻址的而是通过消息来寻址的,因此这种类型的方案可以被称为“消息寻址”。在汽车领域中消息寻址具有特别的好处,这是由于可以批量生产节点而无需为这些节点中的每一个提供单独的地址。因此,消息寻址是本发明提供的用于汽车网络的任何通信体系结构的一个特征。
在没有车身计算机的情况下使用区别标识符也是可能的。在这种情况下,子网络中的每个节点需要知道跳频序列。
在本发明的范围中,存在使用在所提出的网络中可能的消息寻址的多种可替换的通信方法,或“数据路由技术”。这种通信方法的通常形式可以被称为“简单泛洪”,其中网关节点的角色可以是将消息从其子网络中继至有线主干以及从有线主干中继至其子网络。
在简单泛洪中,参照图4中具有车身计算机424的网络400,通信可以按照下面描述的步骤发生。在第一步中,如箭头430所指示的,发射机节点418在其子网络内发送消息。在第二步中,子网络的网关节点416A接收该消息并在有线主干420上广播该消息。在第三步中,所有网关节点接收该消息,然后在其各自的子网络中重新发送该同一消息。在图4的具体实例中,五个无线网关节点416中的每一个以及两个有线网关节点426中的每一个在其各自的子网络中接收并重新发送该同一消息。在第四步中,如箭头434B、434C所指示的,仅接收机节点432B、432C接收来自各自的网关节点416B、416C的消息。接收机节点432B、432C可以是订购该特定类型消息的仅有传感器/传动机构节点,因此接收机节点432B、432C可以是接收该消息的仅有传感器/传动机构节点。可以由消息内的区别消息类型标识符来指示消息的类型。
另一种类型的数据路由技术可以被称为“选择性多播”,其中每个网关节点可以维护其每个子网络节点订购的消息标识符的记录。这具有的优点是网关节点仅中继相关消息,从而减少了网络通信量。另一个可能的优点是,由于子网络节点可能依靠电池运行,因此该方案可以避免子网络节点在接收仅打算提供给其它子网络节点的消息时浪费其能量。
在选择性多播中,参照图5中具有车身计算机524的网络500,通信可以按照下面描述的步骤发生。在第一步中,如箭头530所指示的,发射机节点518在其子网络内发送消息。在第二步中,子网络的网关节点516接收该消息并在有线主干520上广播该消息。在第三步中,所有的网关节点接收该消息。在图5的具体实例中,五个无线网关节点516中的每一个以及两个有线网关节点526中的每一个均接收该同一消息。然而,与上面描述的简单泛洪技术不同,仅由在其各自的子网络中具有至少一个节点订购该消息的那些网关节点来重新发送该消息。在图5的具体实例中,仅网关节点516A和516B在其各自的子网络中具有至少一个节点(即,分别为接收机节点532A和532B)订购了该消息,因此,如图5中围绕网关节点516A和516B的同心虚线圆圈所指示的,仅网关节点516A和516B重新发送该消息。在第四步中,如箭头534A和534B所指示的,仅接收机节点532A和532B接收该消息。接收机节点532A和532B可以是订购该特定类型消息的仅有传感器/传动机构节点,因此接收机节点532A和532B可以是接收该消息的仅有传感器/传动机构节点。可以由消息内的区别消息类型标识符来指示消息的类型。
为了改善网络性能,本发明的体系结构可以允许频率分集,即,针对每个子网络使用不同的操作频率。由于每个子网络是分离的实体,因此每个子网络可以使用不同的、各自的频率用于其操作。与所提出的体系结构结合的频率分集具有多种优点。第一,每个子网络可以根据其各自的调度表来独立地操作,而在不使用频率分集的情况下则必须遵循一个公共的网络调度表。第二,对每个子网络使用单独的、不同的调度表可以产生更好的系统响应和减少的延迟。第三,车身计算机可以帮助网关节点为其子网络选择期望的频率,从而减少了对每个网关节点的频率选择的复杂算法的需求。第四,减小了来自同一车辆或临近车辆的不同子网络的干扰的概率。第五,可将跳频技术应用于单个子网络,这又可以改善无线子网络的安全性和可靠性。
图6示出了用于在车辆的节点之间提供电子通信的本发明的方法600的一个实施例。在第一步602中,将多个网关节点经由有线主干彼此电连接,包括将所述网关节点中的第一网关节点电连接至有线主干以及将所述网关节点中的第二网关节点电连接至有线主干。例如,在图4所示的实施例中,将多个网关节点416经由有线主干420彼此电连接。该电连接步骤包括将第一网关节点416A电连接至有线主干以及将第二网关节点416B电连接至有线主干420。
在第二步604中,多个子网络节点无线地、通信性地耦合至多个网关节点中各自的网关节点,包括将多个第一子网络节点无线地、通信性地耦合至第一网关节点,以及将多个第二子网络节点无线地、通信性地耦合至第二网关节点。在图4的实施例中,将子网络节点418、436、438、440无线地、通信性地耦合至网关节点416A;以及将子网络节点432B、442、444无线地、通信性地耦合至网关节点416B。
在第三步606中,选择的一个第一子网络节点用于将消息无线地发送至第一网关节点。即,如箭头430所指示的,子网络节点418可以用于将消息无线地发送至第一网关节点416A。
在第四步608中,第一网关节点接收该消息,并且响应于此,第一网关节点在有线主干上广播该消息。更具体地,网关节点416A可以接收该消息,并且响应于此,网关节点416A可以在有线主干420上广播该消息。
在第五步610中,第二网关节点在有线主干上接收该消息,并且响应于此,第二网关节点将该消息无线地发送至所选择的第二子网络节点。在图4的实施例中,网关节点416B在有线主干420上接收该消息,并且响应于此,如箭头434B所指示的,网关节点416B将该消息无线地发送至所选择的第二子网络节点432B。
在使用频率分集的情况下,网关节点416B使用与子网络节点418在将消息发送至网关节点416A中所使用的频率不同的频率来将消息无线地发送至选择的第二子网络节点432B。一般地,可以由车身计算机来选择要使用的频率。此外,车身计算机可以定期地选择不同的频率,其中,在该频率上在网关节点和子网络节点之间进行无线通信。
应当注意到,虽然上面参照图4描述了方法600,但可替换地,也可以参照图5来描述方法600。
虽然本发明被描述为具有示例性设计,但可以在本公开的精神和范围内对本发明进行进一步修改。因此本申请旨在覆盖使用其一般原理的本发明的任何变形、使用或调整。此外,本申请旨在覆盖包含在本发明所属技术领域的已知或惯例中的与本公开偏离的内容。
Claims (20)
1.一种用于在车辆的节点之间提供电子通信的方法,所述方法包括以下步骤:
将多个网关节点经由有线主干彼此电连接,包括将所述网关节点中的第一网关节点电连接至所述有线主干,以及将所述网关节点中的第二网关节点电连接至所述有线主干;
将多个子网络节点无线地、通信性地耦合至所述多个网关节点中各自的网关节点,包括将多个第一子网络节点无线地、通信性地耦合至所述第一网关节点,以及将多个第二子网络节点无线地、通信性地耦合至所述第二网关节点;以及
通过使用数据路由技术,将消息从选择的所述第一子网络节点发送至选择的所述第二子网络节点,
其中,所述数据路由技术包括以下步骤:所选择的第一子网络节点将所述消息无线地发送至所述第一网关节点;所述第一网关节点接收所述消息,并且响应于此,所述第一网关节点在所述有线主干上广播所述消息;所述第二网关节点在所述有线主干上接收所述消息,并且响应于此,所述第二网关节点将所述消息无线地发送至所选择的第二子网络节点。
2.如权利要求1所述的方法,其中,所述消息包括区别标识符,所述第二子网络节点的子集包括订购节点,所述订购节点订购所述区别标识符。
3.如权利要求2所述的方法,其中,所述数据路由技术是泛洪技术,其中,由所述第一网关节点在所述有线主干上广播的所述消息被所述多个网关节点中的每个其它网关节点接收,并且响应于此,所述多个网关节点中的每个其它网关节点将所述消息广播至与其电耦合的所述多个子网络节点中各自的子网络节点;仅所述订购节点接受所述消息,所选择的第二子网络节点是订购节点。
4.如权利要求2所述的方法,其中,所述数据路由技术是选择性多播技术,其中,由所述第一网关节点在所述有线主干上广播的所述消息被所述多个网关节点中的每个其它网关节点接收,并且响应于此,仅所述多个网关节点中耦合至所述订购节点中的至少一个的那些网关节点将所述消息广播至与其耦合的所述子网络节点,所选择的第二子网络节点是订购节点,因此,所述第二网关节点将所述消息广播至与其耦合的所选择的第二子网络节点。
5.如权利要求1所述的方法,其中,所述有线主干包括网络协议,所述协议是CAN协议、FlexRay协议和以太网协议中的一个。
6.如权利要求1所述的方法,其中,通过使用数据路由技术将消息从选择的所述第一子网络节点发送至选择的所述第二子网络节点的所述步骤包括以下步骤:所选择的第一子网络节点使用第一频率将所述消息无线地广播至所述第一网关节点;以及所述第二网关节点使用第二频率将所述消息无线地广播至所选择的第二子网络节点,所述第二频率与所述第一频率不同。
7.如权利要求1所述的方法,还包括以下步骤:将车身计算机电连接至所述有线主干,所述车身计算机选择至少一个频率,其中,在所述频率上在所述网关节点和所述子网络节点之间进行无线通信。
8.如权利要求7所述的方法,其中,所述车身计算机定期地选择不同的频率,其中,在所述频率上在所述网关节点和所述子网络节点之间进行无线通信。
9.一种用于在车辆的节点之间提供电子通信的方法,所述方法包括以下步骤:
将多个网关节点经由有线主干彼此电连接,包括将所述网关节点中的第一网关节点电连接至所述有线主干,以及将所述网关节点中的第二网关节点电连接至所述有线主干;
将多个子网络节点无线地、通信性地耦合至所述多个网关节点中各自的网关节点,包括将多个第一子网络节点无线地、通信性地耦合至所述第一网关节点,以及将多个第二子网络节点无线地、通信性地耦合至所述第二网关节点;以及
发送包括区别标识符的消息,通过使用选择性多播数据路由技术,将所述消息从选择的所述第一子网络节点发送至选择的所述第二子网络节点,所述多个子网络节点中的至少一个是订购节点,所述至少一个订购节点订购所述区别标识符;
其中,所述选择性多播数据路由技术包括以下步骤:所选择的第一子网络节点将所述消息无线地发送至所述第一网关节点;所述第一网关节点接收所述消息,并且响应于此,所述第一网关节点在所述有线主干上广播所述消息;所述多个网关节点中的每个其它网关节点接收由所述第一网关节点在所述有线主干上广播的所述消息,并且响应于此,仅所述多个网关节点中耦合至所述订购节点中的至少一个的那些网关节点将所述消息广播至与其耦合的所述多个子网络节点,所选择的第二子网络节点是订购节点。
10.如权利要求9所述的方法,其中,所述有线主干包括网络协议,所述协议是CAN协议、FlexRay协议和以太网协议中的一个。
11.如权利要求9所述的方法,其中,通过使用选择性多播数据路由技术将消息从选择的所述第一子网络节点发送至选择的所述第二子网络节点的所述步骤包括以下步骤:所选择的第一子网络节点使用第一频率将所述消息无线地广播至所述第一网关节点;以及所述第二网关节点使用第二频率将所述消息无线地广播至所选择的第二子网络节点,所述第二频率与所述第一频率不同。
12.如权利要求9所述的方法,还包括以下步骤:将车身计算机电连接至所述有线主干,所述车身计算机选择一个或多个频率,其中,在所述频率上在所述网关节点和所述子网络节点之间进行无线通信。
13.如权利要求12所述的方法,其中,所述车身计算机定期地选择不同的频率,其中,在所述频率上在所述网关节点和所述子网络节点之间进行无线通信。
14.一种用于在车辆的节点之间提供电子通信的方法,所述方法包括以下步骤:
将多个网关节点经由有线主干彼此电连接,包括将所述网关节点中的第一网关节点电连接至所述有线主干,以及将所述网关节点中的第二网关节点电连接至所述有线主干;
将多个子网络节点无线地、通信性地耦合至所述多个网关节点中各自的网关节点,包括将多个第一子网络节点无线地、通信性地耦合至所述第一网关节点,以及将多个第二子网络节点无线地、通信性地耦合至所述第二网关节点;以及
通过使用数据路由技术,将消息从选择的所述第一子网络节点发送至选择的所述第二子网络节点,
其中,所述数据路由技术包括以下步骤:所选择的第一子网络节点使用第一频率将所述消息无线地发送至所述第一网关节点;所述第一网关节点接收所述消息,并且响应于此,所述第一网关节点在所述有线主干上广播所述消息;所述第二网关节点接收所述消息,并且响应于此,所述第二网关节点使用第二频率将所述消息无线地发送至所选择的第二子网络节点,所述第二频率与所述第一频率不同。
15.如权利要求14所述的方法,其中,所述消息包括区别标识符,所述第二子网络节点的子集包括订购节点,所述订购节点订购所述区别标识符。
16.如权利要求15所述的方法,其中,所述数据路由技术采用以下步骤:所述第一网关节点经由有线连接在所述有线主干上发送所述消息;所述多个网关节点中的每个其它网关节点在所述有线主干上接收所述消息,并且响应于此,所述多个网关节点中的每个其它网关节点将所述消息广播至与其电耦合的所述多个子网络节点中各自的子网络节点;以及仅所述订购节点接受所述消息,所选择的第二子网络节点是订购节点。
17.如权利要求15所述的方法,其中,所述数据路由技术采用以下步骤:所述第一网关节点经由有线连接在所述有线主干上发送所述消息;所述多个网关节点中的每个其它网关节点接收所述消息,并且响应于此,仅所述多个网关节点中耦合至订购节点的那些网关节点将所述消息广播至与其连接的所述子网络节点,所选择的第二子网络节点是订购节点,因此,所述第二网关节点将所述消息广播至与其耦合的所选择的第二子网络节点。
18.如权利要求14所述的方法,其中,所述有线主干包括网络协议,所述协议是CAN协议、FlexRay协议和以太网协议中的一个。
19.如权利要求14所述的方法,还包括以下步骤:将车身计算机电连接至所述有线主干,所述车身计算机选择一个或多个频率,其中,在所述频率上在所述网关节点和所述子网络节点之间进行无线通信。
20.如权利要求14所述的方法,其中,所述车身计算机定期地选择不同的频率,其中,在所述频率上在所述网关节点和所述子网络节点之间进行无线通信。
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